軟土地區大型深基坑總體設計與施工方案

徐小蘭 張 旭

1. 中鐵一局集團有限公司 陜西 西安 710054；

2. 同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 上海 200092

我國城市建設已進入全新的開發與利用階段，城市縱深的發展和地下空間的擴展帶來了大量的深基坑工程，且基坑規模越來越大，在深度、面積上不斷有新的增長。伴隨著基坑體積的增大，其周邊環境也日益復雜[1-2]。在基礎設施建設密集的沿海、沿江地區，其工程建設影響深度范圍內普遍存在一定厚度的軟土。軟土系是一種具有孔隙比大、壓縮性高、強度低、結構靈敏、流變性和不均勻性等特性的土層，對基坑開挖較為不利。軟土地區深基坑開挖可能出現的巖土工程問題有：由于開挖卸載和臨空導致支護結構和邊坡土體變形、整體失穩和基底隆起；由于開挖使地下水坡度陡降引起地下水從側壁涌出產生流土和涌水，或者由于揭穿承壓含水層上伏不透水層產生坑底管涌和冒砂；由于前2個原因造成的周圍地況變形、破壞。

大型地下室施工周期長，基坑周邊環境條件往往會隨時間動態變化，時空效應愈加顯著。基坑開挖需遵循“分層、分塊、限時開挖”的總原則，結合基坑監測數據，動態調整施工方案，全過程實行信息化施工。通過在理論和實踐中對施工工藝和支護技術進行深入研究，實現在軟土地基城市中安全、穩定、高效地進行深基坑開挖施工，同時盡可能將基坑卸荷引起的沉降、位移等變形影響控制在允許范圍內，已成為當前一個非常迫切而重要的課題[3]。

本文以平潭高鐵站前城市綜合體項目深基坑工程為背景，分析該項目周邊環境的復雜性、多樣性及施工工期對基坑支護模式的影響。論述大型深基坑如何根據各邊條件的不同，合理地采用分區分級支護技術，以達到基坑工程安全適用、保護環境、技術先進、經濟合理、確保質量的目的。

1 工程概況

1.1 項目概況

平潭高鐵站前城市綜合體項目位于福建省平潭綜合實驗區高鐵站西側，用地面積約210 000 m2。地上為多棟多層建筑，地下設置1層整體地下室、局部設2層地下室，結構基礎形式為樁基礎＋防水板。2層地下室區域基坑開挖深度約11.06 m，1層地下室區域基坑開挖深度約7.46 m，東側高鐵站房邊基坑開挖深度為9.76 m。基坑周長約1.8 km，開挖面積約140 000 m2。

1.2 基坑周邊環境狀況

基坑南、北、西三側為規劃道路，需考慮基坑開挖與周邊道路軟基處理的施工交叉作業。基坑東側緊鄰已建高鐵站房，站房為地上多層建筑，無地下室。站房為本基坑工程需重點保護的建筑。

考慮基坑開挖深度與周邊環境的不同，本工程東側靠近高鐵站房及地下2層區域邊界基坑安全等級為一級，其余處基坑安全等級為二級。

1.3 工程地質條件

場地地貌屬海積平原，土層厚薄不一，起伏大。基坑開挖影響范圍主要土層由上至下依次為素填土、淤泥質土、粉質黏土、粉砂、黏土、淤泥質土、強風化花崗巖（砂土狀）、強風化花崗巖（碎塊狀），基坑側壁土層抗剪強度普遍為較低-中等，開挖后側壁穩定性差。

場地地下水類型主要包括上層滯水、孔隙承壓水，地下水初見水位埋深0.30～2.10 m，年水位變幅為1～2 m。素填土主要賦存上層滯水，該層透水性、富水性一般，水量一般。淤泥質土和粉質黏土的透水性、富水性較差，表現為相對隔水層。粉砂中的孔隙承壓水受側向補給，為中等透水性，水量較豐富。

1.4 施工難、特點分析

本基坑工程施工主要有如下難點：

1）基坑支護結構均不可進入周邊道路路基與建筑地基，錨桿傳力體系不可用。

2）開挖面積巨大，若采用水平內支撐方式，存在支撐過長、支撐傳力效果不佳、支撐量大等問題。

3）工期緊張。

4）基坑延長大，基坑開挖深度及周邊環境多樣，地層起伏大。

5）東側站房邊施工操作面狹窄，基坑施工難度大。

6）本基坑屬于深大基坑，施工周期長，時空效應明顯，預計基坑暴露時間需經歷雨季等惡劣天氣。

2 分坑方案

本工程基坑外輪廓形狀不規則，地下室深度不一，可采用分坑的設計與施工方式。將東北角與東南角的地下2層區域分為分坑1與分坑2，地下1層區域為主坑。分坑1與分坑2采用板式支護體系＋2道鋼筋混凝土支撐的方式，支撐采用對撐＋角撐的方式。主坑根據各處環境的不同采用不同的支護方式。為避免深淺坑之間互相影響，確保基坑施工安全，按“先深后淺”的原則，先施工分坑，待分坑完成地下2層結構后進行淺坑施工。分坑支護平面布置如圖1所示。

圖1 基坑支護總體布置（分坑方案）

分坑方式可有效地控制一次土方開挖量，分坑1與分坑2尺寸大小適中，采用水平混凝土對撐，支撐剛度大，整體性好，安全度高，變形控制能力強。同時支撐支于混凝土冠梁與腰梁，減少了支撐架設、拆除工況與主體結構的關聯性，便于施工組織。缺點是支護樁與支撐的工程量增加較多，基于經濟性考慮未采用本分坑方案。

3 多種支護方式組合方案

因基坑各區域開挖深度不盡相同、周邊環境與水文地質條件不一，最終決定采用整體大坑、多種支護模式組合應用的方式。總體開挖方式為盆式開挖，先施工中部地下室結構，后根據各邊不同的支護方式逐步施工坑邊結構。整體大坑支護平面布置如圖2所示。

圖2 基坑支護總體布置（整體大坑）

3.1 地下1層場地受限區域

基坑西側規劃道路邊及二期區域施工便道處，基坑開挖深度約7.46 m，坑底位于滲透性較大的粉砂層。采用“頂部放坡＋排樁＋1道內支撐＋止水帷幕”的支護模式。由于場地前期為農田，淺層土體強度差，故頂部放坡坡比采用1∶2，放坡卸土深度為2.5 m。支護排樁采用φ800 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端穿過⑦層淤泥質土層，進入其下強度相對較高土層不少于1 m。支撐為支于基礎底板的豎向斜撐，規格為φ609 mm×16 mm鋼管，傾角約13°，水平布置間距約9 m，長度約12 m。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁（套接1孔），樁長約12 m，確保止水帷幕均能穿過粉砂層進入相對不透水層不少于2 m。典型支護剖面如圖3所示。

圖3 灌注樁＋1道豎向斜撐典型支護剖面

主要施工次序如下：

1）場地平整至設計標高之下，止水帷幕、支護灌注樁施工，局部深坑加固施工。

2）坑邊排水溝施工，頂部放坡卸土，冠梁施工，坑內1∶2留土放坡，噴射混凝土護坡。

3）先期基礎底板施工完成，架設支撐施加預應力，坑內留土開挖，施工剩余地下室底板、底板傳力帶。

4）拆除支撐，進行地下主體結構施工，基坑側壁土方回填。

該典型剖面主要計算結果如下：最大水平位移22 mm，最大彎矩565 kN·m，整體穩定系數2.31，坑底抗隆起系數2.36，墻底抗隆起系數6.39，抗傾覆穩定系數1.6，支撐內力150 kN。

3.2 地下1層場地開闊區域

本工程一、二期分界處，基坑開挖深度約為7.16 m，坑底位于粉砂層。采用“兩級放坡＋止水帷幕”的開挖模式。放坡坡比為1∶2，中間設3 m平臺。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm的三軸水泥土攪拌樁（套接1孔），樁長約為14.6 m，確保止水帷幕進入相對不透水層不少于2 m。考慮該基坑施工的工期較長，且該地區降水量大，坡面設厚100 mm的C20噴射混凝土面層。典型開挖剖面如圖4所示。

圖4 兩級放坡開挖典型剖面

主要施工次序如下：

1）場地平整至設計標高之下，止水帷幕施工。

2）排水溝施工，1∶2放坡開挖，噴射混凝土護坡。

通過上述分析，吉奇對弗雷格判斷杠的不當使用就很清楚了。弗雷格的判斷杠是加在被他稱為“語句”的單獨詞項之前的。因為這樣的“語句”本身不具備判斷力，而無法被用來做判斷，所以當我們想做判斷時，就需要通過判斷杠將它改造成具有判斷力的表達式。弗雷格引入判斷杠“|”是必要的，他需要這樣一個符號來將已被他剝奪了判斷力的語句再恢復判斷力。吉奇在沒有明確弗雷格本意的前提下就直接借用判斷杠“|”，并加在自然語句之前，是錯誤的。因為自然語句不是單獨詞項，它本身就攜帶判斷力，沒有必要再為它加上判斷杠。

3）施工地下主體結構，基坑側壁土方回填。

該典型剖面的整體穩定系數為1.43。

3.3 地下2層區域

本工程地下2層基坑開挖深度約11.06 m，坑底位于黏土層。采用“頂部放坡＋排樁＋2道內支撐＋止水帷幕”的支護模式。頂部放坡卸土坡比為1∶2，最大限度地利用場地條件確定卸土深度為2.46 m。支護排樁采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端穿過⑦層淤泥質土層，進入其下強度相對較高土層不少于1 m。2道支撐均為豎向鋼斜撐，水平布置間距約9 m，長約24 m。第1道支撐支于地下1層結構梁板，規格為φ609 mm×16 mm鋼管。第2道支撐支于基礎底板，規格為2φ609 mm×16 mm鋼管。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁（套接1孔），樁長約16.14 m，確保止水帷幕進入相對不透水層不少于2 m。為控制基坑變形，坑內設暗墩加固。典型支護剖面如圖5所示。

圖5 灌注樁＋2道豎向斜撐典型支護剖面

主要施工次序如下：

1）場地平整至設計標高之下，止水帷幕、支護灌注樁、立柱樁施工，坑內加固施工。

2）坑邊排水溝施工，頂部放坡卸土，冠梁施工，坑內1∶2兩級留土放坡，噴射混凝土護坡。

4）拆除第2道支撐，施工剩余地下1層結構，施工地下1層樓板傳力帶，拆除第1道支撐，施工剩余地下室結構，基坑側壁土方回填。

該典型剖面主要計算結果如下：最大水平位移25 mm，最大彎矩770 kN·m，整體穩定系數2.74，坑底抗隆起系數2.93，墻底抗隆起系數17.19，抗傾覆穩定系數1.41，第1道支撐內力160 kN，第2道支撐內力420 kN。

3.4 東側站房邊

基坑東側已建高鐵站房基礎形式為樁基承臺，承臺及基礎拉梁頂相對標高為－0.10 m。基坑開挖面距東側已建高鐵站房基礎邊緣僅4.2 m，距站房2層挑梁邊緣僅1.9 m，基坑支護結構施工空間狹小。此處基坑開挖深度為9.76 m，坑底位于淤泥質土層及粉砂層。采用“排樁＋1道內支撐＋止水帷幕”的支護模式。支護排樁采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端嵌于強風化花崗巖層，樁長約32 m。支撐采用豎向鋼斜撐，規格為2φ609 mm×16 mm鋼管，支撐水平間距約8 m，支撐牛腿設于先期施工的基礎底板上。由于基坑開挖深度大，僅設1道支撐，故在鋼管支撐拆除前加設H400 mm×400 mm型鋼斜換撐。止水帷幕采用φ850 mm@600 mm高壓旋噴樁，樁端穿過滲透性較大的粉砂層不少于2 m。為控制基坑變形，采用φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁進行坑內裙邊加固，加固平面寬度為5 m，加固深度為坑底之下5 m。典型支護剖面如圖6所示。

主要施工次序如下：

1）場地平整至設計標高之下，止水帷幕、支護灌注樁、立柱樁施工，坑內加固施工。

2）坑內1∶2兩級留土放坡，噴射混凝土護坡，冠梁施工，先期基礎底板施工。

3）架設鋼管支撐，開挖坑邊留土、施工剩余基礎底板及底板傳力帶。

4）型鋼斜換撐施工，拆除鋼管支撐，地下室結構施工，基坑側壁土方回填，割除型鋼斜換撐。

該典型剖面的主要計算結果如下：最大水平位移21 mm，最大彎矩910 kN·m，整體穩定系數2.89，坑底抗隆起系數2.97，墻底抗隆起系數18.71，抗傾覆穩定系數1.47，支撐內力250 kN，型鋼斜換撐內力90 kN。

4 結語

深大基坑施工是一個系統工程，在確保基坑開挖安全的前提下，如何做到經濟合理、保質按期、綠色環保及盡可能減少開挖對周邊建（構）筑物、市政管線的影響是一項重要工作。

本文以平潭高鐵站前城市綜合體項目深基坑工程為背景，分析了該項目周邊環境的復雜性、多樣性。論述了復雜環境下深大基坑采用大坑盆式開挖、多種支護方式組合應用的可行性，得出如下結論：

1）大型基坑周長大，各邊環境與開挖深度不一，采用不同支護方式是必要且可行的。

2）當基坑面積較大，采用1～2道豎向鋼斜撐，利用先期完成的主體結構作為支點，可有效地確保基坑穩定，減少支撐工程量。

3）在砂性軟土地區，當場地開闊時，深度7 m左右的基坑可采用兩級放坡的開挖方式。

4）在砂性軟土地區，深度9 m左右的基坑可采用1道豎向鋼斜撐結合坑內加固及換撐的支護模式。